110kV变电站继电保护及自动化系统设计

110kV变电站继电保护及自动化系统设计

余少川 冯达

国网新疆电力有限公司检修公司 新疆省乌鲁木齐市 830000

摘要：本文先介绍了110kV变电站的结构，然后分析了变电站继电保护及自动化系统，最后提出了110kV变电站继电保护及自动化系统的设计方法，以供相关的工作人员参考借鉴。

关键词：110kv变电站；系统设计；继电保护

1 110kV变电站结构介绍

1.1变电站系统结构

变电站的系统用分层分布式结构，系统结构如图1所示。监控主机的外围电路包括GPS通讯电路，人机对话窗口，数据采集、传输接口电路等。这种架构“面向对象”处理，可实现对间隔层电气参量信息的采集和处理。相比集中式结构和分布式结构的优点有:

(1)通过面向对象方式进行处理，譬如主变维护等单元，处理速度更快。

(2)电路连接通过光纤实现，可以方便后续的维护和电路扩展。

(3)采用直流电压供电，当某个环节出现故障的时候，不影响其他装置的使用。

1.2 110kV变电站系统需求

1.2.1站控层

站控层的功能是实现对变电站的运行监测和管理，通过电容的投切，实现系统中的无功优化和电压优化。在运行监测过程中，自动区分电力系统的故障状态和不正常运行状态，在出现不正常运行状态时，发出警报并在现场的光字牌上显示不正常运行的故障类型(电压异常、电流异常等)。在系统的故障状态下，会在光字牌上显示故障类型，并向执行机构发出动作指令。

1.2.2间隔层

对站控层的信息进行整合，保证站控层和过程层之间数据的通讯正常。当出现报警信息或者操作信息时，可以及时进行处理。

1.2.3过程层

主要的操作机构，面向一次高压侧，在系统正常运行时，提供检测数据和执操作指令。

2变电站继电保护及自动化技术分析

2.1继电保护测控技术

在目前的技术中多是使用分布集中的方法，运用此方式，110GIS线路保护和10kV保护选择在开关柜设备上进行就地安装，而主变保护在主变保护屏上安装。这样做的优势在于可以减少数据的传输环节，加强贴身保护效果。劣势在于全站有太多二次保护设备和复杂的接线。将来使用的新技术将是使用高度集中式保护装置，利用主保护以及合智单元集成的方法，使二次设备极大减少，就目前而言，220kV的站内已经试点成功。可以通过测效率的方式来进一步提升，使质量达到要求。

2.2自动化系统的技术

2.2.1计算机技术

继电保护系统的智能化运作主要在两个方面得以体现：第一，必须将电路的基本保护功能完成；第二，应该以智能化技术、收集和处理大量的数据信息为依据，来实现智能化管理。

2.2.2网络化技术

对网络化智能技术的继电保护加以建立，同时极大程度的加强故障系统的传输速度，对问题的位置和原因加以彻底分析，对检测技术的精确性不断提高。并且还应对网络化的信息技术加以建立，迅速处理大量转换的信息，同时分类管理电子计算技术，实现联网管理的最终目的。

2.2.3一体化技术

利用一体化技术对继电保护装置的数据进行处理和分析，自动化系统的终端处理器以继电保护装置为依托，将对比结果及时上传到控制平台。

3 110kV变电站继电保护及自动化系统设计

3.1变压器主保护设计

变压器的主保护一般配置为差动保护，利用变压器线路出口处的差动电流整定值判断故障运行状态，为了增加保护动作的可靠性，利用比率制动曲线对变压器的差动保护进行约束，利用二次谐波区分故障状态和系统中的电压波动。同时在变压器的保护中增设零序电流保护作为后备保护。

3.1.1变压器主保护

变压器的主保护一般配置为纵联差动保护，纵差保护可以根据变压器流入电流和流入电流的向量和来判断变压器的工作运行状态。需要的电气参量信息只包括电流。与此同时，相比线路上的纵联差动保护，变压器的磁路更为复杂，在电力系统的电压突然增大时，变压器的磁路中将产生衰减的直流磁通，导致变压器的绕组中出现励磁涌流，引起纵联差动保护的误动作。

(1)主保护接线示意图

变压器主保护的接线示意图如图2所示，针对比率差动保护和CT断线保护，差动电流的采集来自:高压侧电流、低压侧电流、中压侧电流和桥侧电流；在低压侧和高压侧分别配置过电流保护。

(2)谐波制动原理

变压器的电压突增一般是由以下事件引起:变压器在空载的状况下投入运行；当电力系统中的某外部故障切除之后，突然产生电压的恢复。由于变压器铁芯磁通不能突变，在绕组中产生随时间衰减的直流磁通，在一定的时间内，衰减的直流磁通与交流磁通的复制叠加值将增大，产生励磁涌流。

3.1.2变压器后备保护

反映变压器相间短路的后备保护采用过电流保护，变压器后备保护的主要功能包括：接地保护、零序过流保护、过负荷保护等等。后备保护的典型配置如图3所示。

3.2电源系统配置

3.2.1交直流系统设计

交流系统用电采用三相三线中性点接地系统，利用所用变压器产生220V电压。直流系统采用可充电蓄电池作为直流电源，为了直流系统的稳定性，蓄电池选型为铅酸蓄电池，大小250AH，直流负载以2h事故作为放电参考，变电站的通讯系统以4h事故作为放电参考。直流系统具有接地故障定位、集中监控、电池监控和绝缘状态监控等功能，而且使用一致的接口和综自系统进行信息交流，以实现远程监测。

3.2.2 UPS电源系统设计

UPS的电能来源是220V直流母线、交流展，电能储备量为3kVA，在变电站断电的情况下，UPS的主要供电设备包括：变电站计算机设备、火灾报警设备、故障录波设备。

4结束语

110kV变电站继电保护及自动化系统设计方面有着非常巨大的发展空间，其不仅可以保障电力系统安全稳定的运作，还可以保证电量传送的质量，在一定程度上满足我国电力工程发展建设的需求，保证检测数据的可靠性。

参考文献

[1]龚雪武.数字化变电站继电保护及自动化系统设计[J].机电工程技术，2019，48(4)：174-177.

[2]张丹，王杰.国内微电网项目建设及发展趋势研究[J].电网技术，2016，02：451-458.